无醛涂料的制备与研究开题报告

毕业设计（论文）开题报告题目 107 无醛涂料的制备与研究专 业 名 称 材料化学班 级 学 号 06023317学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2010 年 3 月 21 日11、选题的依据及意义1、1 选题依据107 涂料是上世纪 80 年代初期开发的,以聚乙烯醇缩甲醛为主要成膜物的涂料。仿瓷涂料、冷瓷涂料、803 涂料等均为此种涂料的商名。尽管上世纪 60 年代我国就有了乳胶漆的生产技术,但由于 107 涂料以价格低廉适应了当时的社会发展水平和人民生活的要求,所以曾风靡一时,占据了我国建筑涂料的大部分市场。但是，在多年使用中,107 涂料暴露出一些致命的缺陷。其中最大的危害当属107 涂料中含有的有害物质甲醛。传统 107 涂料的主要成膜物质107 胶的生产,是在聚乙烯醇中加入甲醛,进行醇醛缩合反应而生成的胶状体混合物,由于聚乙烯醇是分子量很大的高分子化合物,与甲醛反应时反应阻力很大,通常条件下很难与甲醛反应完全 1,这样大量的致癌物质甲醛就会残留在 107 胶中,当 107 胶用作 107 涂料的主要成膜物质时,107 胶中的未反应甲醛就全留在 107 涂料中，危害人们的健康。目前市场上的 107 涂料绝大部分都含有甲醛这一有毒、有害成分，因此，研制新型无毒害的 107 涂料已是 107 涂料市场发展的必然趋势。无醛 107 涂料即是在 107 胶的生产制备过程中选用某种交联物质来替代传统的甲醛，使得 107 胶中完全不含有甲醛这一有毒物质，在生产源头将甲醛这一有毒物质去除，从而保证了制备的新型 107 涂料完全适应市场的需要，亦符合国家的环保要求。1、2 研究意义传统 107 涂料由于其原料易得、成本低，从 20 世纪 80 年代开始，在我国建筑工程上一直得到广泛应用。但由于涂料的耐寒性差、游离甲醛含量高，其应用范围受到很大限制 2。聚乙烯醇（PVA）在酸性条件下与甲醛反应生成的聚乙烯醇缩甲醛胶，因具有粘接力强、黏度大、成本低廉等优点，也曾在建筑装饰装修中广泛应用。随着人们环保意识的增强，国家对缩醛类胶水中游离甲醛挥发量的限制越来越严格。近年来人们为降低缩醛类胶水中游离甲醛挥发做了大量工作，并取得了一定进展 3-7，但这些改性方法只能降低胶粘剂中游离甲醛的含量，而不能完全消除。以聚乙烯醇作为主要成膜物制得的建筑涂料具有水溶性好，成膜性能优良，价格低等优点，得到了广泛使用 6，但聚乙烯醇分子中含有大量的羟基，亲水性大，单纯以聚乙烯醇作为成膜物的建筑涂料，因耐水性差而受影响。如何提高聚乙烯醇类涂料的耐水性是建筑涂料行业迫切需要解决的问题。目前普遍采用化学改性的方法，使其耐水性得到改善，常用的有甲醛改性聚乙烯醇，但因游离甲醛的刺激气味及毒性使其应用范围受到限制，用聚醋酸乙烯、丙烯酸乳液、硅溶胶等改性 8，都存在一定问题，改性工艺复杂，可操作性差，引入原材2料品种多，成本高。因此，需要寻找新的无醛方式来对 107 涂料进行改性。目前市场上的对 107 涂料的需求量还是非常之大的，但其甲醛含量已严重阻碍了它的发展，二、国内外研究概况及发展趋势国内这几年涂料市场的发展非常迅猛，但国家对其环保要求也是越来越高。据笔者了解，水性涂料国家标准自实施之日起，不达标的涂料产品不再允许生产；自 2010 年 7 月 1 日起，不达标的产品不再允许在市场上销售。从 2010 年 5 月份起，由环境保护部颁布的涂料环境标准环境标志产品技术要求防水涂料正式实施。水性涂料国家标准规定：不得人为向防水涂料中添加乙二醇醚及其酯类、邻苯二甲酸酯、二元胺、烷基酚聚氧乙烯醚、支链十二烷基苯磺酸钠、烃类、酮类、卤代烃类溶剂。同时，水性涂料国家标准对挥发性有机化合物、放射性、甲醛、苯、苯类溶剂、固化剂中游离甲苯二异氰酸酯等物质也提出了限值要求。在国外，环境保护已成为一项重中之重的事业。随着现代化工业的发展，环境污染越来越受到人类的重视，各国政府都相继制定了有关法规，美国从 66 项法规发展到现在的 1113 项法规，对建筑涂料的有机挥发物（VOC）的限制作出了更为明确的规定。其有机挥发物含量从 100mg/l 限定到 50mg/l。日本和欧美国家也都在环保法规上对有机挥发物含量给出了限定标准，世界环保的要求和呼声，使涂料的开发研究朝着低污染环保型的方向深化。建筑涂料在生产、使用中的挥发物质是主要的环境污染源之一，因此，减少有机挥发物的含量已经成为国外建筑涂料发展的总趋势。目前，国内外大多都是着力降低 107 涂料中游离甲醛的含量，例如：张占柱等人在改性 107 胶的制备研究 1中通过高缩醛化等方法使得 107 涂料中游离甲醛的含量0.35%; Pedram Fatehi 等人通过高分子电解滴定和胶质滴定等方法 9来改性涂料中游离甲醛的含量; Huining Xiao 等人通过添加纤维来改性涂料 10。目前取代甲醛用别的物质作交联剂来制备 107 建筑涂料这样的研究还是比较少的，用聚醋酸乙烯、丙烯酸乳液、硅溶胶等改性，都存在一定问题，比如：改性工艺复杂，可操作性差，引人原材料品种多，成本高，等等。三、研究内容及实验方案3.1 实验研究内容由于目前市场上绝大多数 107 涂料都含有甲醛，实验试图找到一种交联剂来代替它。实验中拟选取硼酸钠、异氰酸酯、脲醛等作为交联剂，通过采用正交表L9(34)进行正交试验设计获得最佳实验条件 11。再通过测定在最佳实验条件下的表干时间、粘度、附着力、抗冲击强度、固含量等实验参数来确定哪种物质来作3为交联剂最佳。3.2 实验方案3.2.1 仪器与药品仪器：电动搅拌机，恒温水浴锅，涂-4 粘度计，秒表，三口瓶（250ml） ，台秤，烧杯。药品：硼酸钠、异氰酸酯、脲醛，聚乙烯醇，盐酸（37%） ，氢氧化钠，钛白粉，立德粉，滑石粉，轻质碳酸钙，磷酸三丁酯，六偏磷酸钠，无机颜料。3.2.2 正交实验表的确定 11实验选择附着力为主要参考指标，采用四个不同的反应因素作为正交实验表的四个因素，分别为：A反应温度（） ；B反应时间（min） ；C反应 PH 值；D交联剂与聚乙烯醇（PVA）的摩尔比。每个因素拟定 3 个水平(见表 1)，选用L9(34)正交表进行正交实验（见表 2） 。表1 正交实验因素水平表因素水平A反应温度（）B反应时间（min）C交联剂与聚乙烯醇（PVA）的摩尔比1 75 20 1.2:12 85 30 1.5:1L9(34)正交实验因素表如表2所示表2 L9(34)正交实验因素表列号实验号A B C1 1 1 12 1 2 23 2 1 24 2 2 13.2.3 以硼酸钠为交联剂制备107涂料3.2.3.1 107胶的制备向装有电动搅拌器、滴液漏斗和温度计的三口烧瓶中加入 92ml 的去离子水，4搅拌下慢慢加入 7.5g 聚乙烯醇（PVA） 。逐步升温至 A，搅拌溶解。溶解后加入浓盐酸，调至 PH 值为 C,继续保温 A，加入 Dg 交联剂硼酸钠，反应 Bmin,反应结束后降温至约 60，慢慢滴加 30%的氢氧化钠溶液，调节反应液至 PH 值7.07.5。撤去热源，继续搅拌片刻即可。3.2.3.2 107涂料的制备在一烧杯中取 3.2.3 中制得 107 胶 50g，分别加入 1.0g 六偏磷酸钠、1.4g钛白粉、2.8g 立德粉、2.8g 滑石粉、15.0g 轻质碳酸钙、0.1g 磷酸三丁酯，搅拌混匀，即得 107 涂料。测所得涂料的附着力作为主要参考指标，确定最佳实验条件。3.2.3.3 107 涂料性能的研究在最佳实验条件下重复 3.2.3.1，3.2.3.2 步骤，测试涂料的附着力、表干时间、粘度、抗冲击强度、固含量等参数。3.2.4 以异氰酸酯为交联剂制取 107 涂料 12以异氰酸酯为交联剂，重复 3.2.3 中所有步骤制取 107 涂料，获取实验参数。3.2.5 以脲醛为交联剂制取 107 涂料 13-14以脲醛为交联剂，重复 3.2.3 中所有步骤制取 107 涂料，获取实验参数。四、目标、主要特色及工作进度4.1 目标1、确定 107 涂料正交实验的最佳实验条件。2、在不影响传统 107 涂料基本性能的基础上，找到一种能够替代甲醛作为交联物质的交联剂。4.2 主要特色本文旨在通过正交实验确定合理的实验方法来制备 107 涂料，完全不用甲醛而采用别的无污染环保型的交联剂是本课题的主要特色。4.3 工作进度1、查找相关的外文资料并选择翻译 2009.12.082009.12.182、撰写开题报告、论文(设计)前期准备 2009.12.182009.12.283、调查、研究、实验和撰写论文或设计 2010.1.042010.06.01 4、论文或设计定稿 2010.06.052010.06.095、主审教师评定论文(设计) 2010.06.102010.06.16 6、论文答辩 2010.06.20 左右五、参考文献51 庄义.为什么要淘汰 107 涂料J . 中国涂料.1999,4:44 -46.2 张占柱，赵雅琴，靳明君 等.改性 107 胶的制备研究 J.河北化工学院报,1994,18(20):61-63.3 梁柏林,周民杰.环保型 DAS-PVA 建筑胶粘剂的制备J. 新型建筑材料.2007,57(2):57-59.4 曾丽娟,蓝仁华.改性聚乙烯醇内墙涂料的研制J .化学建材 ,2005,21(2):14-16.5 刘义,王洪艳,万建华 等.环保型水性涂料的研制J .化学世界 ,2004,4:189-192.6 柯丽军,黄仕锋.聚乙烯醇缩甲醛的研制J .贵州化工, 2005,30(5):17-24.7 姚兴芳,郭英,贾堤,等.环保型聚乙烯醇胶黏剂的研制 J.山东建材,2005(6) :41-44.8 牛永生 ,牛晓玉，刘德峥 等.改性聚乙烯醇建筑涂料的研制 J.化学工程师,2000,(8):26-27.10 Pedram Fatehi, Huining Xiao. Adsorption characteristics of cationic-modified poly (vinyl alcohol) on cellulose fibersA qualitative analysisJ.Colloids and Surfaces A,2008,327(3):127-133.11 Pedram Fatehi, Huining Xiao.Effect of cationic PVA characteristics on fiber and paper properties at saturation level of polymer adsorptionJ.Carbohydrate Polymers,2